Currículo Eduardo Parise

TCP/IP – O guia definitivo para cálculos
ENTENDENDO O CÁLCULO DE SUB-REDES IP
por Eduardo Parise
Para que seja possível a comunicação entre máquinas em uma mesma rede é necessário
que cada uma possua um endereço IP exclusivo naquela rede.
Um endereço IP é um número binário de 32 bits escrito em conotação decimal. O endereço
IP é dividido em quatro partes denominadas octetos, pois cada parte é composta por 8 bits.
Tomemos o número 10.5.1.12, que em binário é representado por
00001010.00000101.00000001.00001100, onde:
10
00001010
5
00000101
1
00000001
12
00001100
Para fazermos a conversão da conotação decimal para a binária devemos utilizar a tabela
abaixo:
BIT Cálculo Valor decimal 8º bit
7
2
128
7º bit
6
2
64
6º bit
5
2
32
5º bit
4
2
16
4º bit
3
2
8
3º bit
2
2
4
2º bit
1
2
2
1º bit
0
2
1
Lembre que:
x
- A base é 2 pois o bit pode assumir dois valores: ligado ou desligado
3
2
5
4
- 2 é exatamente o dobro que 2 , assim como 2 é o dobro que 2 e assim por diante. Isto
será útil para depois fazermos os cálculos todos de cabeça, sem que seja necessário rascunhar no
papel.
Desta forma podemos interpretar o endereço 10.5.1.12:
00001010
4º bit + 2º bit ligados
8+2
10
Revisão 1.3
00000101
3º bit + 1º bit ligados
4+1
5
00000001
1º bit ligado
1
1
00001100
4º bit + 3º bit ligados
8+4
12
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TCP/IP – O guia definitivo para cálculos
Existem diversas redes conectadas umas as outras no mundo (a grosso modo é isso que
constitui a Internet), de maneira que cada rede precisa ter uma “faixa” exclusiva de endereços IP.
Esta faixa é constituída por diversos endereços IP’s. O tamanho de cada rede em quantidade de
endereços é determinado pela máscara de rede.
Esta “exclusividade” no endereçamento de cada rede é o que viabiliza a comunicação
entre uma rede e outra, pois desta forma é possível traçar uma rota (caminho para o tráfego de
informações) para que seja possível alcançar redes distantes da sua.
Aliado a máscara de rede, um endereço IP nos fornece duas informações: A rede a qual
pertence e a identificação do host (máquina) nesta rede. É como se você escrevesse uma carta e
nela inserisse o seu endereço onde consta o número do prédio e seu apartamento.
Av. Borges de Medeiros, 40/301.
Revisão 1.3
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Sabemos que 40 é o número do prédio na Av. Borges de Medeiros.
301 é o número do apartamento no prédio 40.
Se escrevêssemos somente 40/301, o carteiro não saberia onde entregar a carta, uma vez
que pode haver diversos números 40 em uma mesma cidade, possivelmente um para cada rua do
município. A situação do carteiro ficaria mais difícil se escrevêssemos somente 301, pois podem
existir diversos prédios com apartamentos cujo número seja 301.
Para que um roteador seja capaz de entregar informações em redes remotas, é necessário
que forneçamos a ele os endereços de origem e destino, bem como as respectivas máscaras de
rede. Através dessas informações, o roteador terá condições de analisar de onde vem e para onde
vai a informação, calculando o caminho (rota) mais eficiente para alcançar o destino.
Voltando ao exemplo do carteiro, quando escrevemos uma carta informamos somente a
origem e o destino. Cabe ao carteiro encontrar o melhor caminho para chegar ao destino e realizar
a entrega da carta. Neste caso, o carteiro está fazendo o papel de roteador.
Concluímos então que o endereço serve como referência para localização, ou seja, permite
encontrar e traçar um caminho eficiente para se chegar a determinado local. O mesmo vale para as
redes, através dos endereços IP (de origem e destino) e suas respectivas máscaras é possível
localizar e traçar rotas para alcançar hosts (máquinas) em redes remotas, mesmo que estejam do
outro lado do mundo.
Uma máscara de rede é um número binário escrito em conotação decimal composto por
uma seqüência de um’s (1) seguida de uma seqüência de zeros (0):
Decimal 255.255.255.0
Binário 11111111.11111111.11111111.00000000
O número 1 identifica a rede. E o número 0 identifica o host (máquina) naquela rede.
Neste caso, tomando o endereço IP 10.5.1.12 com a máscara 255.255.255.0, podemos
concluir que:
1- Trata-se do host número 12 na rede 10.5.1.0/24 (conotação CIDR*)
2IP 10
5
1
12
Mask 255
255
255
0
NetID 10
5
1
0
1.1- /24 é a quantidade de bits ligados na máscara de rede, lembre-se que o número 1
identifica a rede e o número 0 representa a porção do endereço IP utilizada para
identificar os hosts em uma determinada rede.
*Conotação CIDR é uma forma de expressar uma rede IP e sua respectiva máscara. Desta maneira,
expressamos a máscara através de um sinal de barra seguido da quantidade de números um (1) ligados na
máscara de rede. Por exemplo, 200.248.152.0/26, representa a rede 200.248.152.0 com máscara
255.255.255.192. Esta máscara em binário é representada por 26 bits ligados
(11111111.11111111.11111111.11000000).
De acordo com a máscara aplicada, temos 24 números 1 representando a identificação
da rede e 8 números 0 representando a identificação dos hosts naquela rede.
Mask
255
255
255
0
11111111
11111111
11111111
00000000
(decimal) Mask
(binário) O cálculo Revisão 1.3
Tendo 8 bits desligados (número 0) para identificar os hosts
e considerando que cada um desses 8 bits pode assumir
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dois valores (ligado=1 ou desligado=0), temos então 28=256
combinações diferentes de números.
Vide exemplo das combinações possíveis abaixo:
Decimal
0
1
2
Binário
00000000
00000001
00000010
Decimal
10
23
255
Binário
00001010
00010111
11111111
Das 256 combinações possíveis, não podemos utilizar a primeira (0), pois é a que
identifica a rede (neste caso rede 10.5.1.0) nem a última (255), pois representa o endereço
de broadcast* desta rede (10.5.1.255).
8
Assim, reescrevemos a fórmula como 2 -2= 254. Esta é a quantidade de endereços IP
disponíveis para endereçar hosts na rede 10.5.1.0/24. Sendo o primeiro host o de
endereço 10.5.1.1 e o último 10.5.1.254. Portanto esta rede não suportará mais do que 254
equipamentos que utilizem endereços IP.
*Broadcast é uma transmissão de dados enviada a partir de um host para todos os hosts de uma
determinada rede.
2- Para obter o NetID (identificação da rede a que pertence um determinado endereço IP)
devemos converter o endereço e a máscara para o formato binário e realizar uma operação lógica
do tipo AND*:
*AND: Operação lógica da álgebra booleana, onde 0x0= 0, 0x1=0 e 1x1=1
IP Mask 10
255
IP Mask Net ID Net ID (decimal) Formato decimal
5
1
255
255
Formato binário
00001010 00000101
11111111 11111111
00001010 00000101
10
5
12
0
00000001
11111111
00000001
1
00001100
00000000
00000000
0
Existe uma quantidade limitada de endereços IP’s (IPV4) disponíveis para uso no mundo.
Devido a esta limitação a IANA (www.iana.org – Internet Assigned Numbers Authority), entidade
que coordena a distribuição dos endereços IP’s para cada continente, excluiu três blocos de IP’s
da range de IP’s da Internet, reservando-os para uso interno nas empresas e lares do planeta.
Como sabemos, os IP’s são organizados por classes. Na tabela abaixo temos as classes,
máscara padrão de cada classe, faixa de endereçamento e faixa reservada para uso em redes
internas privadas.
Range
Classe A
Classe B
Classe C
Classe D
Classe E
Revisão 1.3
1 a 127
128 a 191
192 a 223
224 a 239
240 a 255
Máscara
Range
Exemplo
padrão
privada
255.0.0.0
10.0.0.0/8
3.52.120.200
255.255.0.0
172.16.0.0/12
143.105.20.1
255.255.255.0 192.168.0.0/16 200.248.152.4
Reservada para Multicast (vide RFC 3171)
Reservada para uso futuro (vide RFC 1700)
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Para saber mais sobre as classes de IP visite o site www.rfc-editor.org. Sobre as ranges
privadas consulte a RFC 1918 (http://www.rfc-editor.org/cgibin/rfcdoctype.pl?loc=RFC&letsgo=1918&type=http&file_format=txt).
Na Classe A ainda temos a rede 127.0.0.0/8 reservada para uso como endereço loopback.
Toda informação enviada a um IP desta rede terá como destino o próprio host origem da conexão.
A fim de contermos o desperdício dos escassos endereços IP’s públicos*, podemos
dimensionar a máscara criando redes que comportem menor quantidade de hosts, são as
chamadas sub-redes.
*Os IP’s das ranges privadas não tem problema de desperdício, pois não são roteados na Internet. É por este
motivo que são utilizados somente nas redes domésticas e internas das empresas.
Considerando que:
8
Com a máscara /24 (255.255.255.0) podemos abrigar até 254 (2 -2) hosts em uma única
rede;
16
Com a máscara /16 (255.255.0.0) podemos abrigar até 65534 (2 -2) hosts em uma única
rede;
24
Com a máscara /8 (255.0.0.0) podemos abrigar até 16.777.214 (2 -2) hosts em uma única
rede. Isto é possível, pois nesta máscara (11111111.00000000.00000000.00000000) temos 24
zeros (0) disponíveis para combiná-los criando identificações de hosts nesta rede.
Imaginemos agora que em nossa empresa temos duas redes distintas, uma delas com 53
máquinas e a outra com 31, totalizando 84 hosts em toda a empresa. Portanto serão necessários
84 IP’s divididos em duas sub-redes para atender a necessidade de endereçamento da nossa
empresa, conforme desenho abaixo:
Revisão 1.3
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53 máquinas
Sub-rede 1
Roteador
Sub-rede 2
31 máquinas
Qualquer uma das máscaras padrão (/8, /16 ou /24) possui uma quantidade muito maior de
IP’s do que precisamos. Se utilizássemos qualquer uma dessas máscaras, estaríamos
desperdiçando os IP’s restantes conforme abaixo.
Sub-rede 1
Sub-rede 2
Totais
Quantidade
de hosts
53
31
84
Dudu Corporation
Máscara
Total de
utilizada
IP’s/rede
255.255.255.0
254
255.255.255.0
254
IP’s
Desperdiçados/rede
201
223
424
Está havendo um desperdício de 424 IP’s, pois temos apenas 84 hosts e a máscara que
escolhemos comporta mais de 254 IP’s por rede. E neste caso estamos utilizando duas redes
classe C.
Para resolvermos definitivamente este problema, precisamos empregar uma máscara de
rede que permita menos de 254 hosts por rede, e é aqui onde se encaixa o conceito de sub-rede.
Revisão 1.3
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Se uma máscara classe C padrão (/24 = 255.255.255.0) permite 256 combinações
8
numéricas (254 endereços efetivamente, devido ao cálculo 2 -2), então meia classe (1/2) C
permitirá 128 combinações e um quarto de classe C (1/4) permitirá 64 combinações numéricas.
Dica importante: Lembre do que vimos no início deste manual:
23 é exatamente o dobro que 22, assim como 25 é o dobro que 24 e assim por diante. Isto será útil
para depois fazermos os cálculos todos de cabeça, sem que seja necessário rascunhar no papel.
Tudo o que precisamos fazer então é dividir uma Classe C nas chamadas sub-redes. Para
compreendermos como ocorre esta divisão, será necessário trabalharmos com a conotação
binária, então...
Máscara Classe C padrão: 255.255.255.0
Conotação CIDR: /24
Conotação binária: 11111111.11111111.11111111.00000000
quantidade de zeros
8
Quantidade de hosts/rede: 2
-2, portanto 2 -2 = 254 hosts/rede.
Na classe C temos 8 bits desligados (0) representando a porção do endereço que
identificará os hosts. Podemos utilizar o primeiro bit da esquerda para criarmos uma sub-rede. Para
que isso seja possível basta que liguemos este bit:
Note o primeiro bit do último octeto ligado (em azul):
11111111.11111111.11111111.10000000
Isto gera outra máscara de rede, se antes tínhamos uma /24, agora temos uma /25, pois
estamos utilizando 25 bits ligados (1) para compor a máscara de rede, portanto:
Nova máscara: 255.255.255.128
Conotação CIDR: /25
Conotação binária: 11111111.11111111.11111111.10000000
Com a nova máscara, devemos recalcular a quantidade de hosts que esta nova rede (subrede neste caso, pois deriva de uma rede Classe C) comportará:
Nova máscara: 255.255.255.128
Conotação CIDR: /25
Conotação binária: 11111111.11111111.11111111.10000000
quantidade de zeros
7
Quantidade de hosts/rede: 2
-2, portanto 2 -2 = 126 hosts/rede.
Ainda estamos desperdiçando alguns IP’s, veja...
Sub-rede 1
Sub-rede 2
Totais
Quantidade
de hosts
53
31
84
Dudu Corporation
Máscara
Total de
utilizada
IP’s/rede
255.255.255.128
126
255.255.255.128
126
IP’s
Desperdiçados/rede
73
95
168
Precisamos então ligar mais um bit da porção destinada aos hosts (bits desligados), este
bit passará a pertencer à porção de sub-redes, fazendo com que a porção de hosts seja diminuída
pela metade, chegando o mais próximo possível da quantidade de máquinas da nossa empresa:
Nova máscara: 255.255.255.128
Conotação CIDR: /25
Conotação binária: 11111111.11111111.11111111.10000000
7
Neste momento tínhamos 7 bits desligados (porção de hosts), portanto 2 .
Revisão 1.3
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Agora, ligando mais um bit, passando-o da porção de hosts para a porção de
sub-rede, teremos (note o bit ligado em azul):
Conotação binária: 11111111.11111111.11111111.11000000, portanto
máscara 255.255.255.192, pois se somam os bits de valor 128+64 (vide tabela
na página 1) do octeto onde se está criando a sub-rede, neste caso o último
octeto.
2
Porção de sub-redes: 2 bits ligados, 2 = 4 sub-redes, portanto ¼ de Classe C.
6
Porção de hosts: 6 bits desligados, 2 -2= 62 hosts por sub-rede.
Se na Classe C temos 256 combinações, em ¼ de classe C teremos 64
combinações, subtraindo o primeiro e último números que não podem ser
utilizados restam 62 endereços IP para serem usados na porção dos hosts.
Novíssima máscara: 255.255.255.192
Conotação CIDR: /26
Conotação binária: 11111111.11111111.11111111.11000000
quantidade de zeros
6
Quantidade de hosts/rede: 2
-2, portanto 2 -2 = 62 hosts/rede.
Vejamos agora como ficou a questão do desperdício de IP’s:
Sub-rede 1
Sub-rede 2
Totais
Quantidade
de hosts
53
31
84
Dudu Corporation
Máscara
Total de
utilizada
IP’s/rede
255.255.255.192
62
255.255.255.192
62
IP’s
Desperdiçados/rede
9
31
40
Isto é o melhor que podemos fazer neste caso em termos de contenção de desperdício de
IP’s. Se tentássemos ligar o terceiro bit (da esquerda para a direita), teríamos a máscara
3
5
255.255.255.224, em binário 255.255.255.11100000, isto nos daria 2 = 8 sub-redes, com 2 -2 = 30
hosts por sub-rede, não sendo suficiente para atender a demanda da nossa empresa:
Sub-rede 1
Sub-rede 2
Totais
Quantidade
de hosts
53
31
84
Dudu Corporation
Máscara
Total de
utilizada
IP’s/rede
255.255.255.224
30
255.255.255.224
30
IP’s
Desperdiçados/rede
-23
-1
-24
Como vimos, a máscara que melhor se adaptou a necessidade da nossa empresa foi
255.255.255.192. Esta máscara permite a existência de 4 sub-redes (1/4 de classe C), pois em
binário temos:
11111111.11111111.11111111.11000000
Rede classe C:
11111111.11111111.11111111.11000000
Sub-rede de classe C: 11111111.11111111.11111111.11000000
Hosts:
11111111.11111111.11111111.11000000
2
Percebemos que são utilizados dois bits ligados para criação das sub-redes, portanto 2 =
6
4 sub-redes. Cada uma das sub-redes suportam 2 = 64 combinações numéricas, pois temos 6 bits
6
desligados, que equivalem a porção destinada aos hosts. Portanto 2 -2 = 62 hosts. Assim,
sabemos que a cada 64 números teremos uma nova sub-rede. Desta forma:
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1ª sub-rede: 10.5.1.0 a 10.5.1.63
2ª sub-rede: 10.5.1.64 a 10.5.1.127
3ª sub-rede: 10.5.1.128 a 10.5.1.191
4ª sub-rede: 10.5.1.192 a 10.5.1.255
Binariamente, as combinações possíveis de sub-redes ocorrem de acordo com a
combinação dos bits:
Sub-rede: 11111111.11111111.11111111.11000000
Portanto:
Sub-rede
1ª
2ª
3ª
4ª
Bits da subrede
00
01
10
11
Bits dos hosts
Net ID
(todos desligados)
000000
000000
000000
000000
Bits dos hosts
Broadcast
(todos ligados)
10.5.1.0
10.5.1.64
10.5.1.128
10.5.1.192
111111
111111
111111
111111
10.5.1.63
10.5.1.127
10.5.1.191
10.5.1.255
Desta forma, a rede da nossa empresa, que é dividida em duas sub-redes poderia utilizar
os seguintes blocos CIDR: 10.5.1.0/26 e 10.5.1.64/26
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As máscaras possíveis para sub-redes são:
Máscara
255.255.255.128
255.255.255.192
255.255.255.224
255.255.255.240
255.255.255.248
255.255.255.252
Máscara em binário
11111111.11111111.11111111.10000000
11111111.11111111.11111111.11000000
11111111.11111111.11111111.11100000
11111111.11111111.11111111.11110000
11111111.11111111.11111111.11111000
11111111.11111111.11111111.11111100
Quantidade de sub-redes
2
4
8
16
32
64
Podemos ter ainda sub-redes derivadas das classes A e B: 255.224.0.0, 255.255.240.0 e
etc.
DICAS ÚTEIS
Se precisarmos calcular rapidamente uma determinada sub-rede, podemos fazer os
cálculos praticamente “de cabeça”, bastando agir da seguinte forma:
Você precisa criar 6 sub-redes que comportem aproximadamente 26 hosts cada uma.
- Pense num número potência de 2 cujo resultado seja maior ou igual a 26, provavelmente
5
será 2 -2 = 30, portanto sabemos que precisamos de ao menos 5 zeros (0) na porção de hosts
para obtermos sub-redes com capacidade aproximada para 26 hosts;
- Agora precisamos de 6 ou mais sub-redes. Pense em outra potência de base 2 cujo
3
resultado seja maior ou igual a 6 (sub-redes). Você encontrará 2 = 8 sub-redes;
- Logo nossa máscara será 255.255.255.224*. Suportando 8 sub-redes com até 30 hosts
cada. Lembre-se que a cada intervalo de 32 números teremos uma nova sub-rede, sendo elas:
10.1.1.0 a 10.1.1.31
10.1.1.32 a 10.1.1.63
10.1.1.64 a 10.1.1.95
10.1.1.96 a 10.1.1.127
10.1.1.128 a 10.1.1.159
10.1.1.160 a 10.1.1.191
10.1.1.192 a 10.1.1.223
10.1.1.224 a 10.1.1.255
*Pois se somarmos os três bits ligados do último octeto (bits da sub-rede, 255.255.255.11100000) teremos a
soma 128+64+32 resultando na máscara final 224.
Obs: O cálculo seguirá o mesmo raciocínio independente do comprimento da máscara ou
de sua classe.
Eduardo Parise é Instrutor e consultor de redes, atuando na área de treinamento há mais de 13
anos. Possui as certificações MCSE, MCSA, MCP, MCT, MCTS e ITIL Foundation.
[email protected]
Revisão 1.3
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